1 前言
由于客观原因，会进行一段时间的疲劳分析学习，优化部分的内容相对也会延后一段时间。不得不说，前几天基本上都是在看资料，整得人云里雾里的，所以思来想去还是得重操旧业，学习一点总结一点。强调一下，由于在疲劳方面学习的时间暂时不是太长，因此文章内容难免会有错误，希望大家指正，互相学习。
2 问题描述 
图 1 有限元模型
如图所示是一个常规的静力分析，约束以及载荷都标识在了图中。然而不同的是，现在这个支架的工作状况相对来说比较恶劣，需要在-0.1Mpa~0.1MPa的对称循环压力荷载下进行工作，试估算其使用疲劳寿命。
3 问题分析
对于这样一个问题，如果不使用软件，我们可能会这样处理：
① 使用材料力学方法计算得到工况下的名义应力
② 查询相关手册得到该模型在该工况下的理论应力集中系数
③ 综合考虑名义应力，应力集中系数，载荷幅值以及其余影响因素得到用于校核疲劳寿命的应力幅值
④ 对应材料的S-N曲线（对于高周疲劳问题）得到结构在对应工况下的疲劳寿命
上述问题如果转换成软件来实现也是一样，首先利用有限元软件计算得到危险部位的应力值，然后结合相应的载荷输入，材料S-N曲线输入，通过相应的疲劳算法得到结构局部的损伤量，最后通过后处理得到疲劳寿命云图，对应的过程就是下面的疲劳五框图：
图 2 疲劳五框图
4 分析流程
4.1 有限元结果获取与导入
对照五步图，我们首先获取有限元分析结果，这里个人使用hyperworks的optistruct求解器进行有限元分析，大家可以根据自己的分析需求使用不用的有限元求解器。对于optistruct，个人建议结果存储为.op2格式，测试默认的.h3d格式文件识别的不是特别好。
将求解得到的有限元结果直接拖入designlife的工作区或者先拖入一个FE Input模块，然后将结果拓扑该模块中，两者效果一样，如下图所示：
图 3 有限元结果读取
仔细看这个拖入的方框，我们能进行一些基本的操作：
图 4 模块基本操作
进入属性面板中，我们可以显示变形以及应力结果，这个是designlife自带的云图显示方式，具体的一些功能大家可以自行摸索下。
4.2 材料映射（material mapping）
完成有限元分析结果的导入之后，我们需要将对应材料的S-N曲线赋予给原来用于分析的材料，这一步在S-N CAE Fatigue模块中完成。
图 5 创建S-N分析
首先在右侧的模块区拖入S-N CAE Fatigue到左侧的工作区中，然后将有限元结果输入文件的输出结构与S-N CAE Fatigue的输入接口连接起来，表示将有限元结果传输给S-N CAE Fatigue模块。点击S-N CAE Fatigue模块，右键找到advanced edit，第一次进入点击yes更新数据表示会将前面模块的数据传输进来，进入后界面如下：
图 6 更改材料赋予方式
首先个人建议使用原有分析模型的材料编号来进行材料S-N赋予，默认是使用模型一体赋予材料的，将材料赋予也就是2步骤对应的框中改成material，这个material是直接与前面有限元模型中的选中的材料直接链接起来的。
图 7 材料映射
进入materialmap中可以看到，MAT_1就是我们在有限元中定义的ID为1的材料，我们可以直接将软件数据库的材料赋予给MAT_1也可以自己生成一个新的材料。这里需要说明下，在standard S-N曲线中生成的S-N曲线并不是说额外导入一条S-N曲线，而是有软件自己的内部公式，我们只需要基于材料的拉伸强度，材料类型以及标准误差即可。比如，点击generate生成如下参数的曲线（默认是应力比为-1下的曲线，也即循环对称疲劳曲线）
图 8 自定义材料
则软件会生成一个这样子的S-N曲线（双对数坐标下）：
图 9 标准S-N曲线（log-log）
其中各参数按照如下进行计算：
图 10 标准S-N曲线部分公式
其中的S1与S2根据所选的材料类型不同，如果是ferrous（铁）的话，计算公式如下：
按照上述公式，软件给我们生成的S-N曲线如下：
图 11 自定义的S-N曲线
当然，提供的公式只能说是S-N曲线的一种标准公式，根据材料性质的不同，我们可以选择不同的S-N曲线生成规则。相较于通过查询手册上S-N曲线，这种方式显然会带来一定的误差，不过既然是普遍采用的公式，说明对于高周疲劳的预测还是适用的，本文暂时不深究。赋予完成之后如下：
图 12 完成材料映射
4.3 载荷映射（load mapping）
图 13 载荷映射
材料S-N曲线赋予完成后，进入载荷的赋予，首先在载荷类型中选择恒幅，说明加载曲线类似于正弦函数，最大值与最小值不随时间变化，保持恒定，如果最小值/最大值=-1也就是本例中的循环对称荷载，属于恒幅荷载的特殊形式（注意到S-N曲线一般也是通过循环对称荷载测得的）。如图，选择默认情况下最大值为1倍的静力载荷，最小值为-1倍的静力载荷，也即标准的循环对称且幅值为1倍载荷值的加载，这里与本例需求相同，不需要更改。
4.4 分析参数调整
图 14 分析参数调整
上面有三个比较重要的参数，从上到下依次是损伤计算方法，应力组合方法以及平均应力修正方法，本文先不对此进行说明，后续文章需要更改的时候再具体说明。
4.5 后处理模块
由于分析时连续完成的，因此最好在求解前就设置好。如图所示，拖入一个FE Display模块，并参照前面操作，将疲劳分析结果传输给该模块。
图 15 创建后处理模型显示
4.6 求解
点击上方的运行，软件会直接运行整个图形化程序，同时在疲劳求解模块能看到运行的进程。
图 16 运行S-N分析
4.7 后处理
进入FE Display模块中，右键进入属性，能选择相应的结果进行显示：
图 17 疲劳分析结果后处理
确认后显示云图结果，可以看到最小寿命为5.4e13（从工程上来讲已经算是无限疲劳寿命了），在圆角上部。同时从结果我们也可以看出，寿命最小的地方容易出现在应力集中部位或者结构的缺陷部位，并且往往是从表面开始完成裂纹萌生，扩展到最后断裂的。
图 18 疲劳寿命云图
来源：CAE交流之家
作者：ansys-聪聪
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